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Tilt-up建筑體系墻板設計方法與平面外受力性能試驗研究

日期:2020年08月06日 編輯:ad201107111759308692 作者:無憂論文網 點擊次數:459
論文價格:150元 論文編號:lw202007242345155109 論文字數:35636 所屬欄目:土木工程論文
論文地區:中國 論文語種:中文 論文用途:碩士畢業論文 Master Thesis

本文是一篇土木工程論文,。文章的最后,較為詳細的介紹了 Tlt -up 墻板基于 ABAQUS 的有限元模擬操作過程,并展示了混凝土與鋼筋網的主塑性應變云圖和荷載-位移曲線等模擬結果,主要結論總結如下。(1)T 本試驗中使用了自主設計的 Tlt -up 墻板平面外加載裝置。該裝置搭配試件中預埋的半圓鋼管使用時,可以在墻板豎直放置的情況下,保證墻頂與墻底處無固端彎矩的鉸接邊界條件。裝置中使用的氣囊是由橡膠與纖維加強層硫化制成,原本主要用于箱式梁澆筑的充氣芯模,因此具有結實耐磨的特點,在本試驗中可以穩定的為墻板提供平面外均布荷載。試驗使用的測量反力和測量氣囊氣壓兩種方法的得到的荷載-位移曲線十分相近,說明兩種方法均可用于采集墻板承受的平面外均布荷載值。(2)T 試驗中,墻板半高處的平面外位移隨時間線性增長,而墻板承受的平面外荷載在墻板開裂前增長迅速,開裂后迅速趨于平緩。整個加載過程中,墻板試件未發生平面外失穩現象。試驗中墻板出現的裂縫以水平貫通裂縫為主,伴隨少量 Y 字形和 H 字形裂縫。首個裂縫出現在墻板半高處,隨著變形的增大,以第一條裂縫為軸,水平裂縫在兩側對稱出現。


第 1 章  緒論


1.1 Tilt-up 建筑的概念簡介

Tlt -up 建筑法是一種“在施工現場地面支模平躺澆筑混凝土墻板,然后通過起重機吊裝就位并與其他構件連接、組合形成建筑主體結構”的建筑方法。該建筑方法能以極高的效率建造用于工業廠房和物流倉庫建筑外墻的大尺寸混凝土墻板,文獻顯示T [1],美國某 Tlt -up 建筑公司的施工團隊曾吊裝過高度 24.5 米、表面積 195 平方米、重 150 噸的單塊墻板,且一天內該施工團隊就可以完成 40 塊 Tlt -up 墻板的吊裝作業,整個建筑的外墻建造從支模板到吊裝完成所需的時間通常不會超過 21 天。

具有簡單、高效、快捷等優點的 Tlt -up 建筑法在北美地區迅速發展。2007 年 TCA協會(Tlt -upTCons ruc lonTAssocla lon)公開的統計結果顯示,全球已建成超過 12000 棟Tlt -up 建筑,總建筑面積約 7339 萬平米,北美地區 95%的非居住低層建筑采用 Tlt -up建筑法建造。

圖 1.1T 北美地區使用 Tlt -up 建筑法建造的物流倉庫

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1.2 Tilt-up 墻板施工工藝簡介

本章節基于 ACI-551.1 規范[2],簡要介紹 Tlt -up 墻板現場平躺澆筑和吊裝的施工流程。

1.2.1  墻板布置方案制訂

所有 Tlt -up 墻板都是在現場地面澆筑并養護的,因此需要在動工前合理規劃每一塊墻板澆筑的位置和吊裝的順序。圖 1.2(a)展示了一個典型的墻板布置方案,圖中小矩形內部的數字和小矩形的位置分別表示了墻板吊裝的順序和澆筑的位置,而大矩形四周順時針排序的數字表示了各墻板起吊安裝的最終位置??梢钥闯鲈谥朴啿贾梅桨笗r,為了盡量減少墻板吊運距離、提高吊裝效率,墻板的澆筑位置應該盡量靠近它的安裝位置。墻板安裝順序取決于場地空間大小,圖 1.2a 中墻板擺放過于緊密使得起重機難以進出場地中心,因此起重機只能圍繞場地四周進行吊裝作業,此時按順時針的順序進行吊裝就是最高效的方案。
圖 1.2T 墻板布置方案

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第 2 章  Tilt-up 墻板平面外受力性能試驗


2.1  引言

Tlt -up 墻板承受的風荷載和地震作用下的慣性力可簡化為直接作用在墻板表面的均布面荷載,國內外常使用多點集中力加載和氣囊加載兩種方法來施加均布面荷載T [41]。其中多點集中力加載法在試件發生較大撓曲變形時很難保證穩定性,因此選擇更具可靠性的氣囊加載法。該方法在國內外的填充墻平面外受力試驗中廣泛被采用,其中既包含足尺試驗也包含縮尺試驗。盡管該方法采用的橡膠氣囊具有一定柔性,但是當墻板撓曲變形過大時,依舊會發生跨中部分氣囊與墻板分離的情況,導致接觸面積的損失。為了盡可能模擬 Tlt -up 墻板在實際工程中的受力情況,本試驗設計了 4 片普通混凝土墻板,所有墻板高度均為 7350mm,寬度均為 1200mm,并選擇直立放置墻板進行試驗,用氣囊加載平面外均布荷載、杠桿機構加載偏心軸向荷載。由于墻板較高,試驗裝置安裝難度很大,且加載過程頗具危險性,因此需要添加充足的額外保護措施,防止加載過程中出現墻板失穩倒塌的情況。

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2.2  材料性能

本試驗中的墻板試件使用 C30 商品混凝土澆筑,鋼筋皆選用 HRB400 級帶肋鋼筋,以下給出具體配合比及各項材性試驗結果。

2.2.1  混凝土材料性質

試驗中使用的混凝土是來自北京誠智乾懋混凝土有限公司生產的 C30 商品混凝土,用料清單見表 2-1,水膠比 0.48,砂率 46%,塌落度 170mm,和易性良好。根據《混凝土物理力學性能試驗方法標準》(GB/T50081-2019)T [42]分別采用 TonlT echnlk 和萬能試驗機測量應力應變全曲線試驗與混凝土劈裂實驗T [43],試驗結果見表 2-1 及圖 2.1。

表 2-1T 普通混凝土用料單與力學性能

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第 3 章T 試驗結果與分析 .......................... 25

3.1T 試驗現象 ........................ 25

3.2T 裂縫分布 .................................. 28

第 4 章T Tlt -up 墻板設計及計算方法研究 ......................... 38

4.1TACI-318 建議的設計方法 ................................. 38

4.2T 一階彎矩Mua ................................... 38

第 5 章T 基于 ABAQUS 的 Tlt -up 墻板平面外非線性有限元分析 ............................ 46

5.1T 引言 ................................... 46

5.2TABAQUS 軟件簡介 ........................... 46


第 5 章  基于 ABAQUS 的 Tilt-up 墻板平面外非線性有限元分析


5.1  引言

前面的章節中,本文通過足尺墻板試驗討論了配筋形式、墻板厚度、豎向偏心荷載值對荷載-位移曲線的影響,并通過理論計算進行了對比分析。但是迭代公式和彎矩放大公式都不能準確的計算墻板進入塑性變形階段后,二階效應造成的影響。因此需要利用非線性有限元軟件模擬 Tlt -up 墻板在平面外荷載和偏心豎向荷載作用下,從開裂到屈服、從彈性變形到塑性變形的全過程。并將模擬結果與試驗結果和公式計算結果進行對比分析,為今后繼續進行的 Tlt -up 墻板平面外受力分析研究與應用提供理論依據。

本章節在已有試驗結果的基礎上采用 ABAQUS/S andard 分析模塊,介紹了 Tlt -up墻板在建模過程中采用的材料本構關系、構件間的接觸關系,結構的邊界條件與荷載施加方法等。

ABAQUS 是在國內科研領域廣泛采用的大型通用有限元分析軟件,模擬功能涵蓋多個學科領域,具有世界領先的非線性求解能力。相比 ANASYS、SAP2000、Perform3D、ADINA 等其他市面上的商用有限元軟件,ABAQUS 提供了更豐富的單元類型和材料模型,同時提供了各種編程軟件的開發接口,方便用戶進行二次開發以解決更加復雜的工程模擬問題T [49]。

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結論

以上通過對四個普通混凝土 Tlt -up 墻板試件 NP-1、NP-2、NP-3、NP-4 在豎向偏心恒荷載和不斷增長的平面外均布荷載作用下的試驗研究,分析了普通混凝土 Tlt -up 墻板的平面外變形過程、平面外荷載-位移曲線、墻板受拉側裂縫分布、鋼筋應變-位移曲線、平面外變形輪廓曲線、二階彎矩占比,討論了高厚比、鋼筋布置形式、豎向偏心荷載等因素對 Tlt -up 墻板彈性階段剛度、開裂荷載與開裂位移、塑性階段平面外荷載的增長幅度的影響。此外還簡要介紹了適用于 ACI-318 規范的 Tlt -up 墻板設計及計算方法,并將計算結果與平面外試驗結果做出比較。文章的最后,較為詳細的介紹了 Tlt -up 墻板基于 ABAQUS 的有限元模擬操作過程,并展示了混凝土與鋼筋網的主塑性應變云圖和荷載-位移曲線等模擬結果,主要結論總結如下。

(1)T 本試驗中使用了自主設計的 Tlt -up 墻板平面外加載裝置。該裝置搭配試件中預埋的半圓鋼管使用時,可以在墻板豎直放置的情況下,保證墻頂與墻底處無固端彎矩的鉸接邊界條件。裝置中使用的氣囊是由橡膠與纖維加強層硫化制成,原本主要用于箱式梁澆筑的充氣芯模,因此具有結實耐磨的特點,在本試驗中可以穩定的為墻板提供平面外均布荷載。試驗使用的測量反力和測量氣囊氣壓兩種方法的得到的荷載-位移曲線十分相近,說明兩種方法均可用于采集墻板承受的平面外均布荷載值。

(2)T 試驗中,墻板半高處的平面外位移隨時間線性增長,而墻板承受的平面外荷載在墻板開裂前增長迅速,開裂后迅速趨于平緩。整個加載過程中,墻板試件未發生平面外失穩現象。試驗中墻板出現的裂縫以水平貫通裂縫為主,伴隨少量 Y 字形和 H 字形裂縫。首個裂縫出現在墻板半高處,隨著變形的增大,以第一條裂縫為軸,水平裂縫在兩側對稱出現。

(3)T 四個墻板試件的荷載

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